(57)【要約】【課題】燃料電池セル１０におけるセパレータ１１，１２同士の接触による電気的短絡を有効に防止する。【解決手段】互いに厚さ方向に対向配置されたセパレータ１１，１２間に電気絶縁材料からなるガスケット１３が介在された構造を有する燃料電池セル１０において、ガスケット１３が、一方のセパレータ１１に一体的に接着された台座部１３１と、この台座部１３１から隆起形成されたシール突条１３２と、このシール突条１３２と並んで台座部１３１から隆起形成されセパレータ１１，１２の変形によるセパレータ１１，１２の周縁部１１ａ，１２ａ同士の接触を防止する短絡防止突起１３３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに厚さ方向に対向配置されたセパレータ間に電気絶縁材料からなるガスケットが介在された構造を有する燃料電池セルにおいて、前記ガスケットが、一方のセパレータに一体的に接着された台座部と、この台座部から隆起形成されたシール突条と、このシール突条と並んで前記台座部から隆起形成され前記セパレータの変形によるセパレータ同士の接触を防止する短絡防止突起とを有することを特徴とする燃料電池セルのシール構造。
【請求項２】
短絡防止突起が、シール突条から見てセパレータの周縁部側に位置して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルのシール構造。
【請求項３】
短絡防止突起の上面が平坦に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池セルのシール構造であって、特に、セパレータの変形によるセパレータ間の電気的短絡を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料電池セルが多数積層されたセルスタック構造となっており、各燃料電池セルは、高分子電解質膜（イオン交換膜）の両面に一対の触媒電極層を設けた膜電極複合体（以下ＭＥＡという）の厚さ方向両側にセパレータを配置した構造となっている。そして、酸化ガス（酸素）が各セパレータの一方の面に形成された酸化ガス流路からＭＥＡにおける一方の触媒電極層（カソード）に供給され、燃料ガス（水素）が各セパレータの他方の面に形成された燃料ガス流路からＭＥＡにおける他方の触媒電極層（アノード）に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。
【０００３】
燃料ガスや酸化ガスが外部へ漏洩したり、互いに混合したりしないように、各燃料電池セルにおける発電領域の周囲はガスケットによって密封されている。図６及び図７は、従来技術による燃料電池セルのシール構造の一例を示すもので、すなわち図示の例では、燃料電池セル１００におけるセパレータ１０１，１０２の互いの対向面のうちの一方に、電気絶縁性を有するゴム状弾性材料からなるガスケット１０３が一体に設けられ、図７の積層状態ではガスケット１０３のシール突条１０３ａが、適当な圧縮状態で他方の対向面に密接されることによって密封を行うものである（例えば下記の特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、セパレータ１０１，１０２が薄肉の導電性金属からなるものである場合は、このセパレータ１０１，１０２は厚さ方向に変形しやすくなる。また、この種の燃料電池セル１００では、ガスケット１０３は、金型による成形の際に必要な型締め幅ｗを考慮した形状となっており、すなわち図６に示されるように、ガスケット１０３はセパレータ１０１における周縁部１０１ａの端面よりも前記型締め幅ｗに相当する分だけ離れた位置に設けられている。このため、積層の際に、セパレータ１０１，１０２に反りや歪みがあったり、積層過程で各セパレータ１０１，１０２に図８に示されるような積層ずれを生じてスタックの締結による積層荷重が不均一になったりすると、図９に示されるように、セパレータ１０１，１０２同士が平行に積層されず、厚さ方向に変形し、ガスケット１０３の外側でセパレータ１０１，１０２の周縁部１０１ａ，１０２ａ同士が接触して電気的短絡を生じてしまう。そしてこの種の燃料電池は、燃料電池セルを多数積層して電気的に直列に接続することによって、必要な起電力を得るものであるため、セパレータ１０１，１０２間で短絡すると、スタック全体としての起電力が低下してしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、燃料電池セルにおけるセパレータ同士の接触による電気的短絡を有効に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る燃料電池セルのシール構造は、互いに厚さ方向に対向配置されたセパレータ間に電気絶縁材料からなるガスケットが介在された構造を有する燃料電池セルにおいて、前記ガスケットが、一方のセパレータに一体的に接着された台座部と、この台座部から隆起形成されたシール突条と、このシール突条と並んで前記台座部から隆起形成され前記セパレータの変形によるセパレータ同士の接触を防止する短絡防止突起とを有するものである。
【０００８】
上記構成において、ガスケットは、その台座部に隆起形成されたシール突条が、他方のセパレータなど相手材に適当な圧縮状態で密接されることによって、密封機能を奏すると共に、電気絶縁材料からなるため、セパレータ間の電気的短絡を防止するものである。そして、セパレータに反りや歪があったり、積層ずれなどに起因してセパレータが厚さ方向に変形したりしても、ガスケットの台座部にシール突条と並んで隆起形成された短絡防止突起との接触によって前記反りや歪や変形が抑制され、セパレータ同士の接触による電気的短絡が防止される。
【０００９】
請求項２の発明に係る燃料電池セルのシール構造は、請求項１に記載の短絡防止突起が、シール突条から見てセパレータの周縁部側に位置して形成されたものである。
【００１０】
請求項３の発明に係る燃料電池セルのシール構造は、請求項１に記載の短絡防止突起の上面が平坦に形成されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る燃料電池セルのシール構造によれば、ガスケットの台座部にシール突条と並んで隆起形成された短絡防止突起によって、セパレータの反りや歪や変形が抑制され、セパレータ同士の接触が防止されるので、セパレータ間の電気的短絡による燃料電池の発電効率の低下を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい形態を示す積層過程の部分断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい形態を示す積層状態の部分断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい形態において、積層過程でセパレータのずれを生じた状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい形態において、積層によりセパレータが変形した状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい他の形態を示す積層過程の部分断面図である。
【図６】従来技術による燃料電池セルのシール構造の一例を示す積層過程の部分断面図である。
【図７】従来技術による燃料電池セルのシール構造の一例を示す積層状態の部分断面図である。
【図８】従来技術による燃料電池セルのシール構造の一例において、積層過程でセパレータのずれを生じた状態を示す部分断面図である。
【図９】従来技術による燃料電池セルのシール構造の一例において、積層によりセパレータが変形した状態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る燃料電池セルのシール構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい形態を示す積層過程の部分断面図、図２は、同じく積層状態の部分断面図である。
【００１４】
図１及び図２に示される燃料電池セル１０において、参照符号１１，１２は、互いに厚さ方向に対向配置された薄肉のステンレス鋼板など導電性を有する金属板からなるセパレータ、参照符号１３は、セパレータ１１，１２間に介在され、電気絶縁性を有するゴム状弾性材料（ゴム又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるガスケットである。
【００１５】
ガスケット１３は、例えば不図示の金型を用いてセパレータ１１の表面に一体成形したものであって、成形の際に必要な型締め幅を考慮した形状となっており、すなわち図１に示されるように、型締め幅ｗは、ガスケット１３の台座部１３１の外側端面と、セパレータ１１における周縁部１１ａの端面との距離に相当するものであって、言い換えれば、ガスケット１３はセパレータ１１における周縁部１１ａの端面あるいは不図示の開口縁部の端面より幅ｗだけ離れた位置に設けられている。
【００１６】
詳しくはこのガスケット１３は、図１に示されるように、セパレータ１１における周縁部１１ａあるいは不図示の開口縁部の端面より幅ｗだけ離れた位置に沿って、他方のセパレータ１２との対向面に一体的に接着された扁平な帯状の台座部１３１と、この台座部１３１の幅方向中間部から隆起形成され断面が山形のシール突条１３２と、このシール突条１３２の両側に並んで前記台座部１３１から隆起形成された短絡防止突起１３３，１３３とを有する。短絡防止突起１３３，１３３は、セパレータ１１の表面からの高さがシール突条１３２の高さよりも低く、上面が平坦に形成されている。
【００１７】
また、シール突条１３２はその延長方向に連続しているのに対し、短絡防止突起１３３，１３３は、連続しているものであっても良く、あるいは断続しているものであっても良い。
【００１８】
上記構成を備える燃料電池セル１０は、先に背景技術において説明したように、酸化ガス（酸素）が各セパレータ１１，１２の一方の面に形成された酸化ガス流路から不図示のＭＥＡにおける一方の触媒電極層（カソード）に供給され、燃料ガス（水素）が各セパレータ１１，１２の他方の面に形成された燃料ガス流路から前記ＭＥＡにおける他方の触媒電極層（アノード）に供給され、水の電気分解の逆反応である電気化学反応、すなわち水素と酸素から水を生成する反応によって、電力を発生するものである。
【００１９】
そしてセパレータ１１に一体的に設けられたガスケット１３は、シール突条１３２が、他方のセパレータ１２に適当な圧縮状態で密接されることによって、反応ガスや冷却液などに対する密封機能を奏するものであると共に、電気絶縁材料からなるため、セパレータ１１，１２間の電気的短絡を防止する機能も兼備するものである。
【００２０】
ここで、図２に示される正常な積層状態、すなわちセパレータ１１，１２に反りや歪、あるいは積層ずれなどに起因する厚さ方向の変形をほとんど生じていない積層状態では、ガスケット１３は、シール突条１３２が適当に圧縮された状態でセパレータ１２の表面に密接されると共に、短絡防止突起１３３，１３３が前記セパレータ１２における周縁部１２ａの近傍あるいは不図示の開口縁部の近傍の表面に近接対向される。
【００２１】
また図３に示されるように、積層過程で各セパレータ１１，１２に積層ずれがあると、スタックの締結によってシール突条１３２の圧縮反力による荷重が不均一になるので、図４に示されるように、セパレータ１１，１２同士が平行に積層されず、厚さ方向への変形を生じる。しかしながら本発明のシール構造によれば、セパレータ１１，１２の変形によって、その周縁部１１ａ，１２ａがある程度接近すると、セパレータ１２の周縁部１２ａがガスケット１３の台座部１３１にシール突条１３２の外側に位置して隆起形成された短絡防止突起１３３に接触し、短絡防止突起１３３の上面が平坦に形成されていることによって接触による圧縮率が外側ほど大きくなるため、これによってセパレータ１１，１２の変形が抑制され、周縁部１１ａ，１２ａ同士の接触による電気的短絡が防止される。このため、燃料電池の発電効率の低下を有効に防止することができる。
【００２２】
また、セパレータ１１，１２に加工誤差等による反りや歪がある状態で積層された場合も同様、セパレータ１１，１２の周縁部１１ａ，１２ａ同士の接触による電気的短絡が、短絡防止突起１３３によって有効に防止される。
【００２３】
また図５は、本発明に係る燃料電池セルのシール構造の好ましい他の形態を示す積層過程の部分断面図である。この形態では、ガスケット１３の台座部１３１にシール突条１３２の外側（図５における左側）に位置する短絡防止突起１３３のみが隆起形成されている。短絡防止突起１３３は、図１と同様のものである。
【００２４】
すなわち、セパレータ１１，１２の間に、ガスケット１３の内側（図５における右側）に位置して不図示のＭＥＡやガス拡散層などが介在している場合は、セパレータ１１，１２同士がガスケット１３の内側で接触することはないため、短絡防止用の短絡防止突起１３３は、この形態のようにシール突条１３２の外側のみに設けても良い。
【００２５】
なお、上述の説明では、ガスケット１３がセパレータ１１に一体成形されたものとしたが、ガスケット１３を単体で成形して、その台座部１３１の底面を、接着剤によりセパレータ１１に貼着して一体化するものや、剥離フィルムを貼着した粘着剤層を片面に有する合成樹脂フィルムの、粘着剤層と反対側の面にガスケット１３を一体成形し、剥離フィルムを剥離してから粘着剤層を介してセパレータ１１に一体化するものにも適用することができる。
【００２６】
また、上述の説明では、ガスケット１３が他方のセパレータ１２に密接されるものとしたが、ＭＥＡなどに密接されるものなどにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  燃料電池セル
１１，１２  セパレータ
１１ａ，１２ａ  周縁部
１３  ガスケット
１３１  台座部
１３２  シール突条
１３３  短絡防止突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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